Cellen voeren voortdurend kleine taken uit, zoals het repareren van wonden. Ze oefenen kracht uit door van vorm te veranderen. Maar hoe vertalen cellen hun vorm in het uitoefenen van een kracht in een bepaalde richting? Experimentele en theoretische natuurkundigen van de Universiteit Leiden hebben nu een aanwijzing gevonden om deze vraag te beantwoorden. De vormen van cellen blijken te worden benaderd door bogen van een ellips. Het onderzoek is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven op 29 oktober.

Stel, u struikelt over het trottoir en krijgt een kleine schaafwond aan uw elleboog. Wat doe jij? Misschien moet je het desinfecteren, maar voor de rest:laat het met rust. Voordat we de kans krijgen om erover na te denken, miljoenen fibroblastcellen zijn al begonnen met het genezingsproces. Onder andere, ze sluiten de kleine openingen in de huid door weefsel samen te trekken. Cellen voeren deze taak uit, net als al hun andere banen, door hun vorm te veranderen. Het stelt hen in staat om kracht uit te oefenen en hun omgeving te voelen. Mensen doen eigenlijk hetzelfde:ze veranderen van houding terwijl ze een band repareren of in het donker naar de wekker zoeken. Maar hoe vertalen cellen hun vorm in het uitoefenen van een kracht in een bepaalde richting? Een samenwerking van experimentele en theoretische natuurkundigen van de Universiteit Leiden meldt nu een antwoord op deze vraag. Het team, onder leiding van Luca Giomi en Thomas Schmidt, ontdekte dat de vorm van cellen goed kan worden benaderd met segmenten van een bepaalde ellips.

De experimentele groep van Schmidt beeldde het cytoskelet van een fibroblastcel af (zie figuur) om een ​​momentopname van zijn vorm te krijgen. Het cytoskelet is een gelachtig materiaal gemaakt van kleine samentrekkende vezels die cellen tegelijkertijd in staat stellen hun structurele integriteit te behouden en krachten uit te oefenen. In de tussentijd, de theoretische groep van Giomi voerde berekeningen uit om erachter te komen dat de ronde vormen rond de rand van de cel delen zijn van één en dezelfde ellips. Eerder werd aangenomen dat deze vormen deel uitmaken van cirkels - een veronderstelling die nog steeds geldt voor minder mobiele cellen. De sterkte van de samentrekkende kracht van de cellen bepaalt de excentriciteit of slankheid van de ellips. Toen de onderzoekers een ellips uitzetten op de eigenlijke afbeelding, hun theorie bleek experimenteel te houden. Bovendien, de halve lange as van de ellips wijst altijd in dezelfde richting als de cytoskeletvezels, ook in overeenstemming met de theorie.

"Kringen hebben geen richting, maar ellipsen wel, ", zegt promovendus en co-hoofdauteur Koen Schakenraad. "Dus we hebben een aanwijzing gevonden om het richtingsgevoel van een cel te verklaren." De ontdekking is vooral belangrijk voor de fundamentele wetenschap. Op de lange termijn echter het onderzoeksveld kan essentiële inzichten opleveren voor de medische sector. Schakenraad:"Bijvoorbeeld een groot probleem bij kanker is metastase. Als we begrijpen hoe metastasen richtingsgevoel hebben tijdens het verspreiden, dit kan enig inzicht geven in kankeronderzoek."